Kelas IX_SMP_IPA_Elok Sudibyo

F ∝ qA qB 143 Berdasarkan hasil tersebut, misalkan muatan di bola Amenjadi 2 kali semula, dan muatan di bola B menjadi 3 kalisemula, maka gaya listrik yang terjadi menjadi 2 × 3 atau 6 kalisemula. Berdasarkan hasil-hasil di atas, akhirnya Coulombmenyimpulkan besar gaya listrik antara dua muatan listrik yangterpisah pada jarak tertentu berbanding lurus dengan besar keduamuatan tersebut dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarakkedua muatan tersebut. Pernyataan ini dikenal sebagai HukumCoulomb, secara matematika dapat dituliskan sebagai berikut. F = k q1 × q2 r2dengan q = muatan listrik ...................................... coulomb (C) r = jarak ................................................. meter (m) F = Gaya ................................................. Newton (N) k = konstanta = 9 × 109 Nm2C−2Satuan muatan listrik Muatan suatu benda sangat sulit untuk diukur secaralangsung. Tetapi Coulomb menunjukkan bahwa besarnyamuatan listrik dapat ditentukan dengan cara mengukur gayalistrik yang dihasilkannya. Di dalam sains, setiap besaran me-miliki satuan. Satuan muatan listrik dalam sistem SI adalahcoulomb (C). Muatan listrik 1 elektron adalah 1,6 × 10−19 coulomb,dan jenisnya negatif, sedangkan muatan listrik 1 proton besarnyasama dengan muatan 1 elektron, namun jenisnya positif. Besarmuatan 1 elektron disebut muatan elementer, dan merupakanbesar muatan terkecil di alam. D. Medan Listrik Coba kamu ingat kembali pelajaran sebelumnya, bahwasetiap benda bermuatan listrik. Jika benda A yang bermuatanlistrik diletakkan di suatu ruang yang di dalamnya sudah ada Bab 7 Listrik Statis

benda B. Jika benda B bermuatan listrik, benda A akan meng- alami gaya listrik juga. Ruang di sekitarAmaupun B disebut medan listrik. Jadi, yang dimaksuddengan medan listrik (E) adalah ruangan di sekitar benda bermuatan listrik yang mengalami gaya listrik. Jika suatu benda yang bermuatan listrik diletakkan di suatu ruangan, maka dalam ruangan tersebut terdapat medan listrik. Jika benda lain yang bermuatan listrik diletakkan di ruang tersebut, maka kedua benda akan mengalami gaya. Jika muatan kedua benda sejenis, maka gaya yang terjadi adalah gaya tolak-menolak dan jika kedua benda mempunyai muatan yang tidak sejenis, maka gaya yang terjadi adalah gaya tarik-menarik. (a) (b) (c) Gambar 7.10Garis-garis gaya listrik. Medan listrik dilukiskan dengan garis-garis gaya listrik yang arahnya dari kutub positif ke kutub negatif (Gambar 7.10). Kuat medan listrik bergantung pada kerapatan garis-garis gaya listrik. Besar kuat medan listrik dapat ditentukan dengan rumus sebagai berikut. E= F q dengan E = kuat medan listrik ........................................ N/C F = gaya Coulomb .............................................. N q = besar muatan listrik ..................................... C Karena F = k q1 × q2 berarti q1 × q2 r2 E=k r2 q dengan k = tetapan = 9 × 109 Nm2/C2 r = jarak antara dua muatan .................................. m q = muatan listrik pada sumber medan ................ C144 Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX

Dua benda A dan B masing-masing bermuatan listrik sebesar6 × 10−9 C dan 8 × 10−9 C pada jarak 4 cm. Tentukan:a. gaya tolak-menolak antara kedua benda itu tersebut,b. kuat medan listrik pada titik B oleh muatan A.Diketahui : qa = 6 × 10-9 C qb = 8 × 10-9 C k = konstanta = 9 × 109 Nm2C-2Ditanya : a. F b. EJawaba. F = k q1 × q2 r2 ( (= 9 × 109 Nm2C−2 × 6 × 10-9 × 8 × 10-9 C2m-2 = 9 × 109 × 3 N (4 × 10-2)2 = 2,7 × 10−9 NJadi, muatan yang listrik mengalir adalah 2,7 × 10−9 N.b. E= F qb E = 2,7 × 10−9 N 8 × 10-9 C = 0,34 N/CJadi, kuat medan listrik pada titik B adalah 0,34 N/C. 2 145Tulis jawaban pada buku kerjamu.1. Sebutkan faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya gaya listrik.2. Sebutkan contoh peristiwa di sekitarmu yang termasuk dalam pengosongan muatan listrik.3. Apa perbedaan dari induksi dan konduksi dalam pengum- pulan muatan listrik? Bab 7 Listrik Statis

4. Dua buah benda A danB masing-masing memiliki muatan listrik sejenis 3 × 10-9 C dan 5 × 10-9 C terpisah sejauh 3 cm. Jika k = 9 × 109 Nm2/C2, maka hitung gaya tolak antara kedua muatan listrik tersebut. 5. Besar gaya Coulomb antara dua benda adalah 7 × 10-5 N. Hitunglah besar kuat medan listrik pada salah satu muatan oleh muatan lain yang besarnya 3,5 × 10-9 C. Gambar bagan elektroskop. Jelaskan cara kerja elektroskop tersebut di depan kelas.1. Kumpulan muatan listrik pada suatu benda disebut listrik statis.2. Terdapat dua jenis muatan listrik, yaitu muatan positif dan negatif.3. Muatan-muatan yang sejenis tolak-menolak dan muatan yang tidak sejenis tarik-menarik.4. Pengumpulan muatan listik dapat diperoleh melalui cara menggosok, menyentuhkan benda netral dengan benda bermuatan (konduksi), dan induksi.5. Muatan listrik dapat dideteksi dengan elektroskop.6. Penghilangan muatan listrik yang terkumpul pada suatu benda disebut pengosongan muatan.7. Hukum Coulomb menyatakan, bahwa gaya yang terjadi antara dua buah muatan berbanding lurus dengan besar muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan itu.146 Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX

E valuasiA. Pengecekan KonsepPilih salah satu jawaban yang tepat. Tulis jawaban pada buku kerjamu.1. Kumpulan muatan listrik pada suatu 6. Penggaris plastik bermuatan negatif benda disebut .... didekatkan pada sepotong kertas. Kertas a. listrik dinamis tersebut ditarik menuju penggaris. b. listrik statis Kejadian ini menunjukkan saat itu c. kuat arus pada kertas tersebut terjadi …. d. energi a. isolasi b. induksi2. Kilat merupakan perpindahan ... ke c. konduksi d. pengosongan muatanbumi. 7. Terdapat 4 buah benda bermuatana. proton c. neutron listrik A, B, C, dan D. Benda A dengan B tarik menarik, B dengan C tolakb. elektron d. nukleon menolak, dan C dengan D tarik menarik. Jika benda A ternyata adalah3. Suatu benda bermuatan positif jika batang kaca yang telah digosok dengan benda itu …. kain sutera, pernyataan manakah a. kehilangan elektron yang benar? b. mendapatkan elektron c. mendapatkan proton a. B dan C bermuatan negatif, D ber- d. mendapatkan neutron muatan positif.4. Benda-benda yang dapat menghantar- b. B dan C bermuatan positif, D ber- kan listrik disebut .... muatan negatif. a. konduktor b. isolator c. B bermuatan positif, C dan D ber- c. semikonduktor muatan negatif. d. salah semua d. B bermuatan negatif, C dan D5. Dua benda bermuatan sama didekatkan bermuatan positif. pada jarak tertentu, ternyata gaya listrik yang terjadi adalah F. Jika jarak 8. Alat pendeteksi muatan listrik adalah .... kedua benda itu menjadi setengah a. termometer semula, maka gaya listrik yang terjadi b. termoskop adalah .... c. elektroskop d. isolatora. 1 F c. 2 F 4 d. 4 Fb. 1 F 2 Bab 7 Listrik Statis 147

9. Satuan muatan listrik adalah .... 10. Penggosongan muatan listrik ke a. kg bumi disebut .... b. coulomb a. pentanahan c. joule b. induksi d. watt c. konduksi d. elektroskopB. Pemahaman KonsepTulis jawaban pertanyaan di bawah ini di buku kerjamu.1. Roni menggosokkan dua batang 3. Misalkan kamu telah menyentuhkan logam pada kain sutera. Kemudian benda bermuatan positif pada knop batang logam tersebut didekatkan elektroskop. Apa yang terjadi pada satu sama lain dan terjadi tolak- daun elektroskop, jika benda ber- menolak. Mengapa hal tersebut dapat muatan negatif yang relatif besar terjadi? Jelaskan. didekatkan pada knop elektroskop?2. Dua buah benda masing-masing 4. Bagaimana penangkal petir dapat bermuatan −8 × 10−9 C dan +6 × 10−9 C melindungi bangunan dari ancaman berada pada jarak 4 cm satu sama lain. tersambar petir? Jika k = 9 × 10−9 Nm2C−2, maka tentukan besar gaya tolak atau gaya tarik kedua 5. Mengapa bermain sepak bola di benda tersebut. lapangan atau berteduh di bawah pohon yang tinggi di waktu hujan berbahaya? Apa kamu kesulitan ketika belajar materi bab ini? Coba kamu buat resume tentang materi bab ini berdasarkan pemahamanmu. Kamu dapat menambah pengetahuanmu tentang materi bab ini melalui browsing di internet.148 Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX

Bab ELEMEN DAN ARUS LISTRIK 8(Sumber: www.mahatmiya) 149 Pernahkah kamu berpikir bahwa kamu telah memanfaat- kan listrik dalam kehidupan sehari-hari? Lampu untuk belajar di malam hari dan setrika listrik untuk melicinkan pakaian merupakan contoh pemanfaatan listrik. Namun, tidakkah kamu bertanya-tanya apa yang menyebabkan peralatan tersebut berfungsi? Kamu akan tahu jawabannya setelah belajar tentang prinsip kerja elemen dan arus listrik serta pe- nerapannya dalam bab ini. Bab 8 Elemen dan Arus Listrik

Peta Konsep Sumber tegangan contoh listrik (elemen)menghasilkanBeda potensial Elemen Baterai Aki volta menimbulkan disebut disebutArus listrik Elemen Elemen primer sekunderKata-Kata Kunci Soal PrasyaratArus listrik ☺ Apakah satuan dari muatan listrik?Beda potensial ☺ Rangkaian listrik di rumahmu mempunyai sumber teganganSumber teganganlistrik listrik. Sebutkan sumber tegangan listrik yang dapat menyalakanTegangan jepit lampu rumahmu sehingga tidak gelap.150 Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX

A. Arus Listrik Pada Bab Listrik Statis kamu telah mempelajari bahwamuatan listrik dapat berpindah dari satu tempat ke tempat lain.Sebagai contoh, jika kamu menyentuh benda bermuatan negatif,maka elektron-elektron akan berpindah dari benda itu ketubuhmu. Kilat yang kamu lihat sebenarnya juga merupakanperpindahan elektron-elektron. Namun, dapatkah kamu me-nyalakan lampu listrik dengan memanfaatkan benda bermuatanatau kilat? Kemungkinan besar tidak dapat, karena lampu tersebutmemerlukan aliran elektron yang terus-menerus. Dalam babini kamu akan mempelajari cara-cara yang membuat elektrondapat mengalir terus-menerus serta cara-cara mengendalikanaliran elektron tersebut.Kegiatan 1 Cara-cara Menyalakan LampuAlat dan bahanbaterai 1,5 V lampukabel pisau kecilsakelarCara kerja Baterai (+) (−)1. Kupas kedua ujung kabel dengan pisau kecil dan Filamen hari-hatilah jangan sampai Kabel tanganmu terluka. Bola lampu Sakelar2. Rangkai baterai, kabel, sakelar, dan lampu seperti gambar di samping.3. Amati yang terjadi.Analisis dan diskusi1. Apakah lampu pada rangkaian tersebut menyala?2. Diskusikan dengan temanmu, rumuskan cara merangkaikan baterai, lampu, sakelar, dan kabel, agar lampu tersebut menyala. Bab 8 Elemen dan Arus Listrik 151

3. Ujilah cara yang kamu rumuskan. Ada berapa macam cara untuk menyalakan lampu yang kamu temukan? Gambarkan rangkaian yang berhasil menyalakan lampu tersebut. 4. Diskusikan dengan temanmu, apa kesamaan dari rangkaian-rangkaian yang kamu gambar? Selanjutnya tuliskan sebuah hipotesis untuk menjawab apa syarat yang diperlukan untuk menyalakan sebuah lampu listrik. 5. Buat kesimpulan dari kegiatanmu. Seperti yang telah kamu lakukan dalam Kegiatan 1, jika lampu dihubungkan dengan kutub-kutub baterai melalui kawat, maka terbentuk rangkaian yang tidak memiliki pangkal dan ujung. Rangkaian seperti ini disebut rangkaian tertutup atau sirkuit. Pada keadaan ini lampu menyala. Hal ini menunjuk- kan dalam rangkaian tertutup terjadi aliran muatan listrik. Aliran muatan listrik disebut arus listrik. Arah arus listrik pada kawat dari kutub positif baterai menuju kutub negatif baterai. Arah arus listrik dalam rangkaian tertutup diperlihat- kan pada Gambar 8.1(a). Gambar 8.1 (a) (b) (a) Arus listrik timbul pada rangkaian tertutup,(b) Aliran muatan listrik tidak terjadi dalam rangkaian terbuka. Besar arus listrik dinyatakan dengan kuat arus listrik, disimbolkan dengan I. Kuat arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang melalui penampang penghantar setiap sekon. q I= t dengan q = muatan listrik .............................. coulomb (C) t = waktu ........................................... sekon (s) I = kuat arus ...................................... ampere (A)152 Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX

Jadi, 1 A = 1 C/s. Perhatikan bahwa 1 mA = 0,001 Adan 1 mikroampere (µA) = 0,000001 A. Kuat arus listrik diukur dengan menggunakan ampere-meter. Sedangkan untuk kuat arus yang kecil, digunakangalvanometer sebagai alat untuk mengukurnya. Perhatikancara merangkai amperemeter untuk mengukur kuat aruslistrik pada Gambar 8.2.(a) Lampu (b) menyala Amperemeter A Gambar 8.2 Baterai (a) Cara mengukur kuat arus listrik, (b) Diagram rangkaian.Kuat arus pada sebuah rangkaian listrik sebesar 200 mA. Berapa 153besar muatan listrik yang mengalir pada rangkaian itu setiapmenitnya?Diketahui : kuat arus, I = 200 mA = 200 × 0,001 A = 0,2 A waktu, t = 1 menit = 60 sDitanya : muatan listrik yang mengalir, q?Jawab I= q tq = I×tq = 0,2 A × 60 s = 12 As = 12 CJadi, muatan listrik yang mengalir adalah 12 C.Sakelar Ketika hari menjelang malam, kamu menyalakan lampulistrik. Bagaimana cara menyalakan lampu listrik? Kamumenekan tombol sakelar dinding dan lampu menyala. Ingat,lampu menyala menunjukkan adanya arus listrik. Arus listrik Bab 8 Elemen dan Arus Listrik

Gambar 8.3 timbul pada rangkaian tertutup. Jadi, sakelar digunakan untuk membuat rangkaian listrik menjadi tertutup atau terbuka. Jika sakelar diubah ke Perhatikan fungsi sakelar pada Gambar 8.3.dalam posisi menutup, maka lampu menyala. Ada dua jenis sakelar, yaituSebaliknya jika sakelar sakelar manual dan otomatis.membuka, lampu mati. Sakelar manual menutup atau membuka rangkaian listrik dengan Apa fungsi sakelar bantuan tangan. Sakelar untuk tersebut? menyalakan lampu, sakelar pisau pada Gambar 8.3, merupakan contoh sakelar manual. Sedangkan sakelar otomatis bekerja dengan bantuan peralatan elektronik. Contoh sakelar otomatis adalah sakelar untuk menyalakan lampu pengatur lalu lintas dan sakelar untuk menyalakan lampu jalan. 1 Tulis jawaban pada buku kerjamu. 1. Apakah yang dimaksud dengan kuat arus listrik? 2. Apakah perbedaan dari amperemeter dengan galvanometer? 3. Apakah rangkaian listrik yang ada di rumahmu terdapat sakelar? Jika ada, maka sebutkan fungsi dari sakelar tersebut. 4. Kuat arus dalam sebuah rangkaian listrik sebesar 450 mA. Berapakah muatan listrik yang mengalir setiap 5 menit? 5. Jika muatan yang mengalir dalam kawat penghantar adalah 180 C setiap jamnya, maka berapakah kuat arus dalam penghantar tersebut?B. Beda Potensial Listrik yang kamu manfaatkan untuk menyalakan TV, radio, dan lampu bukan listrik statis. Peralatan tersebut memerlukan gerakan muatan listrik terus-menerus. Pada listrik statis, aliran muatan dengan cepat berhenti karena tidak154 Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX

ada lagi perbedaan potensial (tegangan). Oleh karena itu, harus Mengidentifikasi sumberada sumber tegangan listrik. Sumber tegangan listrik yaitu tegangan listrikperalatan yang dapat menghasilkan beda potensial listriksecara terus-menerus. Beda potensial listrik diukur dalam Elemen volta, baterai, aki,satuan volt (V). Alat yang digunakan adalah voltmeter. dan stop kontak merupakan contoh dari sumber tegang- Dalam rangkaian listrik, sumber tegangan disimbolkan an listrik. Adakah contohdengan tanda + - atau disederhanakan menjadi , dengan sumber tegangan listriktanda menunjukkan kutub positif dan tanda menunjukkan lainnya? Coba kamu bacakutub negatif. literatur lain atau browsing di internet. Kamu dapat mengukur beda potensial listrik antara duatempat pada rangkaian, dengan cara seperti Gambar 8.4.(a) Voltmeter (b) V V LampuBaterai Gambar 8.4 (a) Cara mengukur beda potensial antara titik A dan B, (b) Diagram rangkaiannya.1. Sumber-sumber tegangan listrik (elemen) Sumber tegangan listrik mengubah berbagai bentukenergi menjadi energi listrik. Contoh sumber tegangan listrikantara lain elemen volta, baterai, aki, dan stop kontak di dindingrumahmu.a. Elemen voltaTahun 1800 Alessandro Lempeng Larutan LempengVolta menemukan dua tembaga asam sengbuah logam yang ber- sulfatbeda jenisnya diletakkan Gambar 8.5dalam bak berisi larutan Elemen volta.elektrolit, maka akantimbul beda potensialantara kedua logam itu.Perhatikan Gambar 8.5. Bab 8 Elemen dan Arus Listrik 155

Lempeng tembaga dan seng diletakkan dalam bejana berisi asam sulfat encer. Reaksi kimia yang terjadi menyebabkan elektron terkumpul pada lempeng seng, akibatnya seng berfungsi sebagai kutub negatif. Sebaliknya lempeng tembaga sebagai kutub positif. Jika elemen volta digunakan sebagai sumber tegangan, maka timbul gelembung-gelembung gas. Gelembung ini menghalangi aliran muatan, sehingga harus terus-menerus dihilangkan. Oleh karena itu, elemen volta tidak praktis digunakan dalam kehidupan sehari-hari. b. Baterai (sel kering) Kutub Jika kamu membuka baterai, positif kamu akan menemukan Isolator plastik susunan yang mirip dengan Wadah dari Gambar 8.6. Baterai terdiri seng Pasta atas wadah seng yang berisi kimia pasta kimia dengan batang Gambar 8.6 karbon menggantung diBagian-bagian baterai. Batang karbon tengah-tengah pasta itu. Pasta tersebut berupa Kutub senyawa kimia MnO2 dan negatif NH4Cl. Jika kutub-kutub baterai dihubungkan dalam rangkaian, misalnya dengan lampu seperti Kegiatan 1, terjadi reaksi kimia dalam pasta dan seng. Sebagai hasilnya, elektron- elektron terkumpul pada seng, menyebabkan seng berlaku sebagai kutub negatif, dan batang karbon yang terletak pada pasta berlaku sebagai kutub positif. Beda potensial antara kutub-kutub baterai ini sebesar 1,5 volt. Apabila baterai digunakan, lama-kelamaan muatan yang terkumpul pada seng semakin sedikit, dan beda potensialnya menurun. Pada keadaan ini baterai biasanya dikatakan “habis” dan tidak dapat dipakai lagi. Karena bersifat sekali pakai, baterai dengan elektroda karbon dan seng disebut elemen primer. c. Aki (sel basah) Aki sering disebut sel basah. Sel basah terdiri atas dua lempeng logam yang berbeda diletakkan dalam cairan elektrolit. Sebagai contoh, lempeng logam pada aki mobil156 Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX

adalah timbal (Pb) dan timbal Lempengperoksida (PbO2) yang ter- timballetak dalam larutan asam peroksidasulfat (H2SO4). Reaksi kimia (katoda)yang terjadi menyebabkanelektron terkumpul pada Gambar 8.7timbal, sehingga timbal Bagian-bagian aki.sebagai kutub negatif dantimbal peroksida sebagai Gambar 8.8kutub positif. Bagan proses pengisian aki.Aki mobil umumnyamengandung 6 sel, tiap Lempeng Larutan asam timbal sulfatsel menghasilkan beda (anoda)potensial 2 volt. Oleh karena itu, beda potensial yangdihasilkan aki mobil sebesar 12 volt. Jika digunakan, makatimbal dan timbal peroksida berangsur-angsur berubahmenjadi timbal sulfat. Kedua kutub aki tersebut akhirnyatidak memiliki bedapotensial lagi. Apa yang Sumber teganganharus dilakukan, agar akitersebut dapat berfungsikembali? Dibandingkanbaterai seng karbon, akimemiliki keunggulan, Timbal Timbalyaitu dapat diisi ulang. peroksidaCaranya dengan meng-alirkan arus listrik melalui Larutan asamaki tersebut dari sumber sulfattegangan lain dengan arah terbalik seperti Gambar 8.8.Dengan cara ini, maka timbal sulfat tersebut kembali lagimenjadi timbal dan timbal peroksida, maka aki siap dipakailagi. Kemampuan aki yang dapat dipakai berulang-ulangdengan cara diisi lagi menjadikan aki tergolong sebagaielemen sekunder.2. Stop kontakBerbagai peralatan listrik di rumahmu dirancang untukmenggunakan listrik dari PLN. Beda potensial listrik inisebesar 220 volt, disebut tegangan jala-jala. Sumbertegangan listrik ini dapat kamu jumpai pada stop kontak Bab 8 Elemen dan Arus Listrik 157

Gambar 8.9 di dinding rumahmu, seperti Gambar 8.9.Stop kontak merupakansumber tegangan listrik Energi listrik ini dihasilkan yang berasal dari PLN. oleh generator listrik. Generator listrik mengubah bentuk energi (Sumber: Dok. Penerbit) lain seperti energi air, uap atau nuklir menjadi energi listrik. Kamu akan belajar lebih banyak tentang generator ini pada Bab Elektromagnetik.Kegiatan 2 Mengukur Beda Potensial Alat dan bahan baterai lampu sakelar lampu Cara kerja V 1. Ukur beda potensial antara kutub-kutub baterai dengan menggunakan voltmeter, seperti gambar di samping. 2. Rangkaikan lampu pada Voltmeter baterai sehingga lampu V menyala. Ukur sekali lagi Lampu beda potensial antara kutub- kutub baterai, seperti Baterai rangkaian di samping. Berhati-hatilah ketika memasang lampunya, jangan sampai jatuh.158 Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX

Analisis dan diskusi 159 1. Berapa beda potensial yang kamu hasilkan pada langkah 1 dan 2. 2. Bandingkan kedua hasil pengukuran beda potensial yang kamu lakukan, apakah sama? Jelaskan mengapa hasilnya demikian. 3. Buat kesimpulan dari kegiatanmu.3. Gaya gerak listrik Kamu telah mengetahui bahwa beda potensial padabaterai sebesar 1,5 V jika baterai tersebut dirangkaikan denganlampu, ternyata beda potensialnya turun, sehingga kurangdari 1,5 V. Jadi, jika sumber tegangan dipasang pada rangkaiantertutup, ternyata beda potensialnya turun. Beda potensial antara kutub-kutub sumber tegangansebelum dipasang pada rangkaian listrik disebut gaya geraklistrik, disingkat ggl. Sebagai contoh, gaya gerak listrik bateraisebesar 1,5 V. Sedangkan beda potensial antara kutub-kutubsumber tegangan setelah dipasang pada rangkaian disebuttegangan jepit. Secara umum tegangan jepit pada baterailebih kecil daripada gaya gerak listriknya. 2Tulis jawaban pada buku kerjamu.1. Sebutkan contoh sumber tegangan listrik yang ada di rumahmu.2. Apa fungsi dari sumber tegangan listrik?3. Mengapa baterai disebut elemen primer?4. Apa perbedaan dari gaya gerak listrik dengan tegangan jepit?5. Kamu telah mengetahui apa itu amperemeter dan voltmeter. Mengapa pemasangan amperemeter dan voltmeter di rangkaian listrik posisinya berbeda? Perhatikan Gambar 8.2 dan 8.4. Bab 8 Elemen dan Arus Listrik

Buat poster yang menunjukkan bagian-bagian baterai sel kering dan apa fungsi bagian-bagian tersebut.1. Arus listrik adalah aliran muatan listrik.2. Arus listrik timbul dalam rangkaian tertutup.3. Kuat arus listrik adalah muatan listrik yang mengalir melalui penghantar tiap sekon.4. Kuat arus listrik diukur dengan amperemeter.5. Sakelar digunakan untuk membuat rangkaian listrik menjadi tertutup atau terbuka.6. Agar muatan listrik dapat mengalir terus-menerus, diperlukan sumber tegangan listrik.7. Gaya gerak listrik disingkat ggl adalah beda potensial antara kutub-kutub sumber tegangan sebelum dipasang pada rangkaian listrik.160 Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX

E valuasiA. Pengecekan KonsepPilih salah satu jawaban yang tepat. Tulis jawaban pada buku kerjamu.1. Muatan listrik 120 C berpindah melalui 5. Perhatikan bagan baterai di bawah ini.kawat penghantar yang menghubung- Batang karbon ditunjukkan olehkan kedua kutub sumber tegangan angka .... 1 a. 1 2selama 5 menit. Kuat arus listriknyaadalah .... b. 2a. 0,04 A c. 0,5 A c. 3 3b. 0,4 A d. 2,5 A d. 42. Fungsi batang karbon pada baterai 4adalah .... 6. Gambar rangkaian listrik di bawah inia. sebagai kutub positif yang dapat menyalakan lampu jikab. timbulnya polarisasi kedua baterainya sama adalah ....c. sebagai larutan elektrolitd. sebagai kutub negatif a. c.3. Rangkaian berikut yang tepat untuk mengukur kuat arus listrik adalah .... a. A c. + b. d. −+ A −b. A d. A 7. Sebuah baterai dihubungkan dengan+ sebuah lampu dengan menggunakan − kawat penghantar, sehingga lampu me- + nyala. Kutub-kutub baterai dihubung- − kan dengan voltmeter, seperti gambar4. Satu mikroampere sama dengan .... di bawah ini. Angka yang ditunjukkan a. 0,000001 A b. 0,001 A jarum voltmeter tersebut merupakan .... c. 1.000 A d. 1.000.000 A a. kuat arus b. gaya gerak listrik V c. tegangan jepit d. energi listrik Bab 8 Elemen dan Arus Listrik 161

8. Rangkaian yang tidak timbul arus c. energi kimia listrik adalah .... d. energi panas a. c. 10. Ketika hendak tidur, kamu mematikan b. d. lampu di ruang tamu dengan menekan tombol sakelar. Yang kamu lakukan9. Elemen volta, baterai, dan aki mengubah tersebut pada dasarnya adalah .... ... menjadi energi listrik. a. membuat rangkaian menjadi ter- a. energi mekanik buka b. energi potensial gravitasi b. membuat rangkaian menjadi ter- tutup c. mengambil sumber tegangan dari rangkaian d. mengambil penghantar dari rang- kaianB. Pemahaman KonsepTulis jawaban pertanyaan di bawah ini di buku kerjamu.1. Apa yang dimaksud dengan arus listrik? 4. Sebuah kawat penghantar dialiri muatan sebesar 130 C setiap dua2. Kuat arus dalam sebuah rangkaian jamnya. Hitung kuat arus dalam listrik sebesar 500 mA. Berapa muatan penghantar tersebut. listrik yang mengalir `setiap 7 menit? 5. Bagaimana kamu dapat mengetahui3. Bandingkan dan cari perbedaan baterai bahwa muatan listrik mengalir dalam dan aki sebagai sumber tegangan. rangkaian listrik di sentermu? Apakah kamu kesulitan ketika belajar materi bab ini? Coba kamu cari informasi di internet tentang materi ini. Kemudian buat resume berdasarkan pemahamanmu. Apakah resume yang kamu hasilkan sama dengan pemahamanmu setelah belajar bab ini?162 Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX

Bab RANGKAIAN LISTRIK 9(Sumber: Dok. Penerbit) Kamu telah mengetahui, jika sebuah lampu dihubungkan pada kutub-kutub baterai, maka dalam rangkaian itu timbul arus listrik yang ditunjukkan oleh nyala lampu tersebut. Mengapa lampu tersebut menyala? Pada bab ini kamu akan belajar tentang pengaruh beda potensial terhadap arus yang mengalir dalam rangkaian. Bab 9 Rangkaian Listrik 163

Peta Konsep Hukum Ohm menggambarkan hubungan Kuat arus Beda potensial Hambatan mempunyai Bentuk rangkaian terdiri atas Seri ParalelKata-Kata Kunci Soal PrasyaratHambatan ☺ Apakah lampu di rumah padam semua jika terjadi pemutusanHukum Ohm arus listrik?Rangkaianlistrik ☺ Rangkaian listrik jenis apakah yang digunakan di rumahmu? ☺ Apa fungsi dari sekering yang dipasang pada rangkaian listrik yang ada di rumahmu?164 Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX

A. Hambatan dan Hukum Ohm1. Hambatan Pernahkah kamu memikirkan, Filamen Gambar 9.1mengapa lampu listrik dapat menyalajika ada arus listrik? Perhatikan Tabung Kawat filamen padalampu pijar pada Gambar 9.1. Di gelas bola lampu pijardalam lampu terdapat kawat halus Tutup memiliki hambatanyang disebut filamen. Jika terdapat arus logam yang besar.listrik pada rangkaian, maka muatan- Kepingmuatan listrik melewati filamen lampu bimetal (Sumber: Dok. Penerbit)tersebut. Pada saat melewati filamen,energi listrik yang dikandung muatanlistrik berubah menjadi energi panas dan cahaya. Berpijarnya filamen ini mirip dengan air sungai dipegunungan yang melewati bebatuan, dan kamu mendengarbunyi gemericik air. Bebatuan tersebut menghambat aliranair, dan energi gerak air berubah menjadi energi bunyi. Sepertihalnya bebatuan yang menghambat aliran air, filamen tersebutmemiliki hambatan. Hambatan merupakan kecenderungansuatu benda untuk melawan aliran muatan listrik, mengubahenergi listrik menjadi energi bentuk lain. Di dalam rangkaianlistrik, hambatan diberi simbol R, dan digambarkan sepertiGambar 9.2.Hambatan A Gambar 9.2Hambatan geserLampu Simbol hambatanAmperemeterVolmeter V dalam diagramBaterai rangkaian listrik, beserta simbol-simbol yang lain. Bab 9 Rangkaian Listrik 165

2. Hukum Ohm Coba kamu amati air yang dialirkan melalui selang. Jika selang dinaikkan ke atas, maka lebih banyak air yang mengalir. Sebaliknya jika posisi selang kamu turunkan, air yang mengalir lebih sedikit. Ketinggian air ini mirip dengan besar beda potensial listrik, dan banyaknya air yang mengalir mirip dengan arus listrik. Jadi, semakin besar beda potensial listrik, maka semakin besar pula arus listrik yang mengalir. Sebaliknya, semakin kecil beda potensial listrik, maka semakin kecil pula arus listriknya.Kegiatan 1 Pengaruh Beda Potensial terhadap Kuat Arus dalam Penghantar Alat dan bahan satu daya amperemeter lampu kawat penghantar sakelar voltmeter Cara kerja 1. Rangkaikan peralatan di atas seperti gambar di bawah ini. 2. Tutup sakelar rangkaian tersebut, kemudian baca beda potensial pada voltmeter. Catat hasil pembacaanmu. 3. Baca penunjukan kuat arus pada amperemeter. Catat hasil pembacaanmu. 4. Ubah besar beda potensial pada catu daya, lalu ulangi langkah 2 dan 3. Analisis dan diskusi 1. Bagaimana pengaruh beda potensial terhadap kuat arus pada hambatan? 2. Buat kesimpulan dari kegiatanmu.166 Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX

Sesuai kegiatan yang kamu lakukan dalam Kegiatan 1,misalkan data yang kamu hasilkan seperti tabel di bawah ini. I (A) 0,2 0,4 0,6 0,8 (V) 4 8 12 16Jika data tersebut V (volt)kamu buat dalam bentuk 16grafik beda potensial (V) 12terhadap kuat arus (I), 8 Gambar 9.3kamu akan memperoleh 4 Grafik tegangan versus arus listrik.grafik seperti di samping I (A)ini. 0,2 0,4 0,6 0,8 Grafik di atas ini menunjukkan beda potensial sebandingdengan kuat arus. Di dalam matematika, persamaan grafikseperti di atas adalah y = mx, dengan m menyatakan gradien.Karena sebagai sumbu y adalah V dan sumbu x adalah I, makapersamaan grafik di atas dapat ditulis: V= R×I Tokoh IPAdengan V = beda potensial .............................. volt (V) I = kuat arus ....................................... ampere (A) R = hambatan ..................................... ohm (Ω) Jika I diletakkan dalam ruas kiri, maka persamaan diatas dapat dituliskan sebagai berikut. I= V George Simon Ohm R dilahirkan tahun 1787 Persamaan di atas dikenal dengan hukum Ohm, sesuai di Jerman. Beliaudengan nama orang yang pertama kali merumuskan hukum dapat menggambar-ini, yaitu George Simon Ohm. Menurut hukum Ohm kuat arus kan hubungan pokokdalam penghantar logam sebanding dengan beda potensial danberbanding terbalik dengan hambatan penghantar tersebut. antar voltase, arus, dan hambatan. Hubungan ini dikenal sebagai hukum ohm. (Sumber : www.Infoenergi.com) Bab 9 Rangkaian Listrik 167

Hukum Ohm Sebuah lampu pijar dihubungkan dengan beda potensial 12 V. Ternyata timbul kuat arus sebesar 0,3 A. Berapakah hambatanLengkapilah Tabel berikut filamen lampu pijar itu?dengan menggunakan Diketahui : beda potensial, V = 12 Vhukum Ohm. kuat arus, I = 0,3 AIV R Ditanya : hambatan, R?(A) (V) (W) Jawab.... 1 2 75 R= V I15 240 .... 12V5,5 .... 20 = 0,3 A 5 220 .... Jadi, hambatan filamen lampu pijar adalah 40 ohm. 3. Hukum Ohm dalam rangkaian tertutup Sekarang perhatikan rangkaian sebuah hambatan dengan baterai 1,5 V seperti Gambar 9.4(a). Kamu dapat mem- perbesar kuat arus pada hambatan (R), dengan cara memperkecil hambatan. Namun jika hambatan (R) kecil, ternyata kuat arus tidak dapat membesar lagi secara beraturan jika R diperkecil. Hal ini terjadi karena di dalam baterai terdapat hambatan. Hambatan yang terdapat di dalam sumber tegangan disebut hambatan dalam. Sedangkan hambatan (R) yang kamu pasang di luar sumber tegangan disebut hambatan luar. Jika hambatan dalam ditulis dalam rangkaian, maka penggambaran rangkaian menjadi seperti Gambar 9.4(b). Gambar 9.4 (a) R R A (b) ε (a) Rangkaian I hambatan dengan ε = 1,5 V baterai,(b) Rangkaian dengan adanya hambatan dalam pada baterai.168 Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX

Arus dalam rangkaian Gambar 9.4(b) akan melewatihambatan luar (R) dan hambatan dalam (r). Oleh karena ituhambatan totalnya merupakan gabungan hambatan luar (R)dan hambatan dalam (r), yaitu R + r. Kuat arus dalam rangkaiantersebut dapat dicari dengan hukum Ohm.I= ε R+rdengan ε = gaya gerak listrik baterai ................ volt I = arus listrik ....................................... ampere (A) R = hambatan ........................................ ohm (Ω) r = hambatan dalam ............................ ohm (Ω) Akibat adanya hambatan dalam, I Rmaka tegangan baterai setelah dipasangpada rangkaian lebih kecil daripada ε Gambar 9.5gaya gerak listriknya. Beda potensial rantara kutub-kutub baterai setelah V Pengukuran tegangandipasang hambatan luar disebut jepit.tegangan jepit. Perhatikan Gambar 9.5.Tegangan jepit dapat dihitung dengancara berikut.V = I×R atau V = ε − IrSebuah aki dengan ggl 12 V dan hambatan dalam 0,5 ohm 169dihubungkan dengan lampu berhambatan 2 ohm.a. Berapa kuat arus pada rangkaian itu?b. Berapa tegangan jepitnya?Diketahui : ggl (e) = 12 V hambatan dalam (r) = 0,5 W hambatan luar (R) = 2 WDitanya : kuat arus (I)? Bab 9 Rangkaian Listrik

Jawab a. I= ε R+r I= 12V (2 + 0,5)Ω = 12V = 4,8 A 2,5Ω Jadi, besar kuat arus pada rangkaian adalah 4,8 A. b. V = I × R = 4,8 A × 2 Ω = 9,6 V Jadi, besar tegangan jepitnya adalah 9,6 A. 4. Faktor-faktor yang mempengaruhi hambatan pada penghantar Pernahkah kamu membuka pemanas listrik dan melihat elemen pemanasnya? Apa perbedaan antara elemen tersebut dengan kawat penghantar biasa? Elemen pemanas harus me- miliki hambatan yang relatif besar, untuk mengubah energi listrik menjadi energi panas. Kawat penghantar memiliki hambatan yang kecil, agar energi listrik tidak terbuang sia-sia melalui peng- hantar. Elemen pemanas terbuat dari bahan yang berbeda dengan kawat penghantar. Kawat penghantar umumnya terbuat dari tembaga, sedangkan elemen pemanas terbuat dari bahan nikelin. Jadi, jenis logam penghantar berpengaruh terhadap besar hambatan penghantar. Elemen pemanas dibuat berupa kumparan, karena kawat elemen pemanas relatif panjang. Jika dibuat pendek, maka hambatan elemen pemanas tersebut menjadi kecil, sehingga tidak berfungsi. Jadi, semakin panjang kawat penghantar, hambatan kawat tersebut semakin besar. Hal ini akan kamu amati jika kamu melakukan kegiatan dalam Kegiatan 2.170 Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX

Kegiatan 2 171 Pengaruh Panjang Kawat terhadap Hambatan Kawat Alat dan bahan baterai besar bola lampu 5 watt dengan dudukannya kabel dengan penjepit buaya sakelar kawat nikelin 30 cm dan 60 cm Cara kerja 1. Rangkaikan peralatan di atas seperti gambar di samping. 2. Tutup sakelar, kemudian amati nyala lampu. 3. Ulangi langkah 1 dan 2 dengan kawat nikelin yang lebih panjang, seperti gambar di samping ini. Perhatian Berhati-hatilah kamu ketika memasang kawat nikelin. Jangan sampai tanganmu terkena kawat. Analisis dan diskusi 1. Apakah nyala lampu pada langkah 1 dan 2 sama? 2. Mana yang lebih terang nyalanya, lampu pada langkah 1 atau 2? 3. Nyala lampu terang menunjukkan kuat arusnya besar, dan sebaliknya nyala lampu redup menunjukkan kuat arusnya kecil. 4. Buat kesimpulan bagaimana pengaruh panjang kawat penghantar terhadap besar hambatan kawat tersebut. Jika kamu mengamati jaringan transmisi listrik PLN,maka kamu akan melihat kawat penghantar yang digunakanberukuran besar. Hal ini dimaksudkan agar hambatan kawattersebut kecil. Jadi, semakin besar luas penampang kawat,ternyata hambatannya semakin kecil. Bab 9 Rangkaian Listrik

Akhirnya, secara matematis hambatan listrik dipengaruhi ketiga faktor di atas melalui hubungan sebagai berikut. R = ρ l A dengan l = panjang kawat penghantar ..................... m A = luas penampang kawat penghantar ....... m2 ρ = hambat jenis kawat penghantar ............. Ω.mKawat tembaga dengan Kawat nikrom pada elemen pemanas memiliki panjang 5 mhambat jenis 1,7 × 10-8ohm.m dan luas penampangnya 4 × 10−8 m2. Jika hambat jenispanjangnya 20 m, luas nikrom 10−6 ohm.m, maka berapa hambatan kawat tersebut?penampangnya 5 × 10−8 m2.Hitunglah hambatan kawat Diketahui : panjang kawat (l) = 5 mtersebut. luas penampang (A) = 4 × 10-8 m2 hambat jenis (r) = 10-6 W.m Ditanya : hambatan (R)? Jawab R = ρ l A = 10-6Ω.m × 5 m = 125 Ω 4 × 10-8 m2 Jadi, hambatan kawat tersebut sebesar 125 W. 5. Hambatan geser Untuk keperluan tertentu, misalnya untuk mengubah besar volume radio atau TV, kita memerlukan hambatan yang besarnya berubah-ubah. Melalui Kegiatan 2 kamu mengetahui bahwa dengan mengubah panjang kawat penghantar, hambatan peng- hantar tersebut juga berubah. Perubahan hambatan tersebut mempengaruhi perubahan arus, ditunjukkan oleh nyala lampu yang berubah. Logam geser (L) Batang logam Arus C Arus keluar Gambar 9.6Bagan hambatan geser Arusmasuk Soket172 Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX

Kenyataan ini dapat dimanfaatkan untuk membuathambatan geser, seperti Gambar 9.6. Hambatan geser dibuatdari kawat yang hambat jenisnya besar, biasanya kawat nikelin.Kawat tersebut dililitkan pada batu tulis. Panjang kawat yangdilalui arus diatur oleh logam geser (L). Arus listrik akan melaluililitan kawat hingga sejauh logam geser, selanjutnya melaluilogam geser arus keluar melalui C. Besar arus dapat diubah-ubah dengan mengubah kedudukan logam geser. Jika logamgeser di ujung kiri, maka panjang kawat kecil, dan akibatnyahambatannya juga kecil (kuat arus besar). Sebaliknya jikalogam geser di ujung kanan, maka panjang kawat besar, danakibatnya hambatannya juga besar (kuat arus kecil). 1Tulis jawaban pada buku kerjamu.1. Apa yang terjadi pada kuat arus yang mengalir pada hambatan, jika beda potensial hambatan itu diperbesar?2. Bagaimana pengaruh panjang kawat penghantar dan luas penampang kawat penghantar terhadap hambatan kawat penghantar tersebut?3. Sebuah pemanas listrik dihubungkan pada beda potensial 220 V. Ternyata kuat arus yang mengalir pada kawat pemanas tersebut 5 A. Berapakah hambatan kawat pemanas itu?4. Sepotong kawat penghantar berhambatan 60 ohm di- hubungkan dengan baterai 3 V. Berapakah kuat arus yang timbul pada kawat tersebut?5. Berapakah kuat arus yang mengalir pada sebuah penghantar, jika hambatan penghantar itu 15 ohm dan beda potensialnya 12 volt?Sebuah hambatan 7 ohm dihubungkan pada kutub-kutub 173baterai 1,5 volt yang hambatan dalamnya 1 ohm. Berapamiliampere kuat arus yang mengalir? Bab 9 Rangkaian Listrik

B. Rangkaian Listrik Amati berbagai peralatan listrik di sekitarmu. Lampu, kulkas, dan seterika listrik dihubungkan dengan sumber tegangan listrik, membentuk rangkaian listrik. Ada dua jenis rangkaian listrik. Jenis rangkaian tersebut bergantung pada bagaimana bagian-bagian rangkaian (sumber tegangan, kawat penghubung, dan hambatan-hambatan) disusun. Rangkaian tersebut adalah rangkaian seri dan paralel. 1. Rangkaian seri Mungkin kamu pernah memasang lampu dekorasi untuk penjor peringatan hari kemerdekaan. Jika salah satu lampu tersebut putus, semua lampu mati, dan biasanya kamu kesulitan mencari lampu mana yang putus. Lampu-lampu tersebut dirangkai secara seri. Pada rangkaian seri, hanya terdapat satu lintasan arus listrik. Bagian rangkaian dipasang secara berurutan, tanpa ada percabangan. Perhatikan diagram rangkaian seri pada Gambar 9.7. Gambar 9.7Dalam rangkaian seri, hanya ada satu jalan untuk arus listrik. 2. Hambatan pengganti dalam rangkaian seri Kita dapat mengganti beberapa hambatan yang dirangkai secara seri dengan sebuah hambatan. Sebagai contoh, R1, R2, dan R3 dalam Gambar 9.8. dapat kita ganti dengan Rs. Kita akan mencari besar Rs. R1 R2 R3 Rs Gambar 9.8 A VAX X VXY Y VYB B A VAB B i iHambatan R1, R2, dan R3 dapat diganti dengan VVsebuah hambatan, yaitu Rs.174 Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX

Karena hanya ada satu lintasan arus, maka kuat aruspada rangkaian seri di mana-mana besarnya sama. Coba kamulakukan Kegiatan 3.Kegiatan 3 Sifat-sifat Arus dan Tegangan pada Rangkaian SeriAlat dan bahan baterai 2 buah lampu dengan dudukannya sakelar pisau kabel dengan penjepit buaya multimeterCara kerja1. Rangkaikan lampudengan baterai sepertigambar berikut.2. Tutup sakelarnya, C B Akemudian amati nyala lampu-lampu tersebut.3. Gunakan multimeter untuk mengukur kuat arus pada titik A, B, dan C.4. Lakukan langkah 3 untuk beda potensial antara AB, BC, dan AC.PerhatianBerhati-hatilah kamu ketika memasang lampu, jangan sampaijatuh.Analisis dan diskusi1. Setelah mengetahui nyala lampu tersebut, buat hipotesis (dugaan), bagaimanakah kuat arus pada titik A jika dibandingkan dengan pada titik B dan C, dan jelaskan mengapa hipotesismu seperti itu.2. Berdasarkan data pengamatanmu, buat kesimpulan tentang besar arus pada rangkaian seri. Bab 9 Rangkaian Listrik 175

Dalam Kegiatan 3 kamu mengetahui bahwa jumlah beda potensial pada tiap-tiap hambatan sama dengan beda potensial sumber tegangan. Sesuai Gambar 9.8, maka: VAB = VAX + VXY + VYB Sesuai dengan hukum Ohm, yaitu V = I × R, persamaan di atas dapat ditulis: I × RS = I × R1 + I × R2 + I × R3 Karena I di mana-mana besarnya sama, maka: Rs = R1 + R2 + R3 Secara umum, jika terdapat rangkaian seri dengan n buah hambatan yang besarnya R1, R2 , R3, ... Rn, maka hambatan penggantinya adalah: Rs = R1 + R2 + R3 + ... + RnEmpat buah hambatan, Tiga buah hambatan, masing-masing sebesar 30 ohm, 40 ohm,14 ohm, 12 ohm, 6 ohm, dan dan 50 ohm dirangkai seri dengan sumber tegangan 60 volt.18 ohm dirangkai secara seripada beda potensial 12 V. a. Berapa hambatan penggantinya? b. Berapa kuat arus pada rangkaian tersebut?Berapakah hambatan peng-gantinya? Diketahui : hambatan R1 = 30 ohm, R2 = 40 ohm, R3 = 50 ohm dirangkai seriBerapakah kuat arus dalam sumber tegangan, V = 60 voltrangkaian tersebut? Ditanya : a. hambatan pengganti, Rs; b. kuat arus, I? Jawab 30Ω 40Ω 50Ω R1 R2 R3 V = 60 volt a. Rs = R1 + R2 + R3 Rs = 30 W + 40 W + 50 W Rs = 120 W Jadi, besar hambatan penggantinya adalah 120 W.176 Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX

b. I = V Rs I = 60 volt 125 Ω I = 0,5 A Jadi, kuat arus pada rangkaian tersebut sebesar 0,5 A.3. Rangkaian paralel Apa yang terjadi jika lampu-lampu di rumahmudirangkaikan seri? Seperti telah kamu lakukan dalamKegiatan 3, begitu salah satu lampu mati, maka lampu yanglain juga akan padam. Untungnya berbagai peralatan listrikdi rumahmu terhubung secara paralel. Rangkaian paralelterdiri atas beberapa cabang arus. A I1 R1 B I I2 R2 I D C R3 I3 F Gambar 9.9 E Hambatan R1, R2, dan R3 V dihubungkan secara paralel. Perhatikan rangkaian paralel pada Gambar 9.9. Aruslistrik terpisah menjadi tiga, mengalir pada tiap cabang. Jikakuat arus pada tiap cabang dijumlahkan, maka besarnya samadengan kuat arus sebelum memasuki cabang. Ini merupakanbunyi dari Hukum I Khirrchoff, persamaannya dapatdituliskan sebagai berikut. Imasuk = I1 + I2 + I3 = Ikeluar Jika persamaan di atas diperluas untuk setiap cabangdalam rangkaian, maka akan berlaku kuat arus yang memasukititik cabang sama dengan kuat arus yang meninggalkan titikcabang. Jika kenyataan ini diterapkan pada titik cabang A,maka akan berlaku seperti berikut. Bab 9 Rangkaian Listrik 177

I masuk ke titik cabang A = I keluar dari titik cabang A atau I = I1 + I2 + I3 + I4 Kamu dapat memahami dengan melakukan Kegiatan 4.Kegiatan 4 Sifat-sifat Arus pada Rangkaian Paralel Alat dan bahan baterai 2 buah lampu dengan dudukannya sakelar pisau kabel dengan penjepit buaya multimeter Cara kerja 1. Rangkaikan lampu dengan baterai seperti gambar di samping. 2. Tutup sakelarnya, kemudian FD BA amati nyala lampu-lampu tersebut. 3. Gunakan multimeter untuk E C mengukur kuat arus pada titik A, B, dan C. 4. Lakukan kegiatan 6 untuk beda potensial antara AF, BD, dan CE. Perhatian Berhati-hatilah kamu ketika bekerja, jangan sampai tanganmu terluka. Analisis dan diskusi 1. Setelah mengetahui nyala lampu tersebut, buat hipotesis (dugaan), bagaimanakah kuat arus pada titik A jika di- bandingkan dengan pada titik B dan C, dan jelaskan mengapa hipotesismu seperti itu? 2. Berdasarkan data pengamatanmu, buatlah kesimpulan tentang besar arus pada rangkaian paralel.178 Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX

4. Hambatan pengganti dalam rangkaian paralel Beberapa hambatan yang dirangkaikan secara paraleldapat kita ganti dengan satu hambatan pengganti. Berapabesar hambatan pengganti dalam rangkaian paralel?Perhatikan tiga hambatan yang dirangkaikan paralel padaGambar 9.10. I1 Iin I2 Iout I3 Gambar 9.10 In Arus yang masuk V cabang (Iin) sama dengan arus yang keluar (Iout). Dalam rangkaian tersebut berlaku hubungan kuat arussebagai berikut.I = I1 + I2 + I3Sesuai dengan hukum Ohm, persamaan tersebut dapatditulis: V = VAB + VCD + VEF Rp R1 R2 R3 Seperti yang kamu amati dalam Kegiatan 4, bedapotensial antara ujung-ujung hambatan pada rangkaianparalel besarnya sama dengan beda potensial sumber, atauV = VAB = VCD = VEF . Akibatnya persamaan di atas dapat ditulis:V = V + V + VRp R1 R2 R3atau1 = 1 + 1 + 1Rp R1 R2 R3 Persamaan di atas dapat diperluas untuk mencarihambatan pengganti R1, R2, R3, ..., Rn yang dirangkaikanparalel. Hambatan pengganti dapat diperoleh dari persamaanberikut. Bab 9 Rangkaian Listrik 179

1 = 1 + 1 + 1 + . . . 1 Rp R1 R2 R3 Rn dengan Rp = hambatan pengganti paralel ........................ Ω Dua buah lampu, masing-masing berhambatan 12 ohm dan 6 ohm dirangkaikan paralel dengan sumber tegangan 12 volt. a. Berapa hambatan penggantinya? b. Berapa kuat arus yang mengalir pada masing-masing lampu? c. Berapa kuat arus total dalam rangkaian? Diketahui : hambatan R1 = 12 W, R2 = 12 W dirangkaikan paralel beda potensial sumber, V = 12 V Ditanya : a. hambatan pengganti, Rp; b. kuat arus pada R1 dan R2, yaitu I1 dan I2; c. kuat arus total, I? Jawab Gambar rangkaian listrik yang terjadi V = 60 volt L1 L2 12 Ω 6Ω a. 1 = 1 + 1 Rp R1 R2 1 = 1 + 1 Rp 12 6 1 = 1 + 2 Rp 12 12 1 = 13 Rp 12180 Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX

Rp = 13 = 4Ω 12 Jadi, besar hambatan penggantinya adalah 4 W.b. I1 = V + 12V = 1 A R1 12Ω I2 = V + 12V =2A R2 6Ω Jadi, besar I1 dan I2 masing-masing adalah 1 A dan 2 A.c. I3 = V + 12V =3A Rp 4Ω (Kuat arus total dapat pula diperoleh dari hubungan I = I1 + I2 = 1 A + 2 A = 3 A) Jadi, kuat arus total sebesar 3 A.Perhatikan rangkaian di bawah ini. I1 = 0,5 A R1 = 12 Ω I R2 = 10 Ω I R3 = 10 Ω VBerapa hambatan penggantinya?Berapa kuat arus totalnya?Berapa beda potensial sumbernya? Bab 9 Rangkaian Listrik 181

5. Rangkaian campuran seri dan paralel Dalam rangkaian yang kompleks, seperti rangkaian pada perangkat elektronik, kamu dapat menjumpai rangkaian yang terdiri dari gabungan rangkaian seri dan paralel. Sebagai contoh, kamu dapat melihat pada Gambar 9.11(a). Untuk menghitung hambatan penggantinya kamu cari dulu hambatan pengganti R1, R2, dan R3 yang terangkai secara paralel. Rangkaian selanjutnya dapat disederhanakan menjadi Gambar 9.11(b), yang tidak lain adalah rangkaian seri. Gambar 9.11 (a) R1 (b) R4 R2 (a) R1, R2, dan R3 I R3 R4 I Rp terangkai paralel, dengan hambatan V V pengganti Rp, (b) Hambatan peng-ganti totalnya adalah rangkaian seri Rp dengan R4. Perhatikan gambar di bawah ini. 2Ω 2Ω 2Ω I ...? 3V Berapa kuat arus I pada rangkaian tersebut? Diketahui : hambatan R1 = R2 = R3 = 2 W, rangkaian campuran seri dan paralel beda potensial sumber, V = 3 V Ditanya : kuat arus, I?182 Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX

JawabPilih persamaannya: I = V RStrategi: cari dulu R penggantinyaR2 dan R3 terangkai secara paralel:1 = 1 + 1 = 1 + 1 =1Rp R2 R3 2 2R=1ΩRangkaian menjadi: 2 Ω Rp = 1 Ω I 3VBerarti R penggantinya dapat dihitung dengan cara berikut.R = R1 + Rp = 2 W + 1 W =3WSehingga kuat arus dalam rangkaian dapat dihitung dengancara sebagai berikut.I = V = 1 = 1A R 2Jadi, kuat arus rangkaian sebesar 1 A.6. Pemutus Arus 183 Tegangan listrik jala-jala (PLN) di rumahmu sebesar 220 Vdan kuat arus yang mengalir dalam rangkaian listrik tersebutcukup besar. Arus yang mengalir bisa menjadi sangat besar,jika terjadi hubungan singkat. Pada peristiwa hubungan singkat,arus listrik tidak melewati hambatan, tetapi langsung melewatikawat penghantar. Peristiwa hubungan singkat terjadi jikaisolator pembungkus kawat terkelupas. Akibat besarnya aruslistrik pada kawat penghantar, maka terdapat energi listrikyang berubah menjadi panas. Coba kamu perhatikan gambarberikut. Bab 9 Rangkaian Listrik

Hubungan singkat Gambar 9.12 Kawat halus terbakar dan putus Dengan memasang kawat halus padarangkaian, kawat halus akan terbakar dan segera putus saat terjadi hubungan singkat.Gambar 9.13 Untuk mencegah hubungan singkat, maka rangkaian listrik harus segera terbuka (arus tidak mengalir) begitu terjadiPemutus arus hubungan singkat. Caranya adalah dengan memasang kawat (sekering). penghantar yang relatif mudah terputus pada rangkaian listrik. Jika terdapat arus berlebih pada rangkaian, dan arusnya melebihi batas arus pada sekering, maka sekering tersebut segera meleleh dan putus. Pemilik rumah tinggal mencari dan memperbaiki apa yang menyebabkan terjadi hubungan singkat. Selanjutnya ia harus mengganti sekering yang telah putus dengan sekering baru yang sama dengan sekering semula. Peralatan lain yang lebih praktis untuk mencegah terjadinya hubung singkat adalah pemutus arus, seperti ditunjukkan Gambar 9.13. Pemutus arus dalam ke- hidupan sehari-hari kita kenal sekering. Pemutus arus (sekering) terdiri atas logam yang dapat bengkok jika logam tersebut panas. Bengkoknya logam tersebut menyebab- kan aliran listrik terputus. Rangkaian dapat difungsikan kembali dengan mengembalikan sakelar pemutus arus ke posisi semula. Namun sebelum itu, kamu harus mengecek apa yang menyebabkan terjadinya hubungan singkat itu.184 Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX

2Tulis jawaban pada buku kerjamu.1. Jelaskan ciri-ciri rangkaian seri dan ciri-ciri rangkaian paralel, dilihat dari cara merangkaikannya, kuat arus pada rangkaian, dan beda potensial pada ujung-ujung hambatannya.2. Tiga buah hambatan, 4 ohm, 6 ohm, dan 12 ohm dirangkai secara paralel pada beda potensial 3 volt. a. Berapa hambatan penggantinya? b. Berapa kuat arus total dalam rangkaian tersebut?3. Dua hambatan, 1 ohm dan 4 ohm dirangkai seri pada beda potensial tertentu, dan kuat arus yang ada pada rangkaian itu diukur. Ternyata kuat arusnya 200 mA. Berapakah beda potensial tersebut?4. Dua hambatan, 40 ohm dan 60 ohm dirangkai paralel dengan sumber tegangan 3 volt. Berapa miliampere kuat arus pada rangkain tersebut?Hambatan kawat tembaga yang panjangnya 1 cm padaberbagai suhu ditunjukkan di bawah ini.Tabel Hambatan tembaga pada berbagai suhuNo. Suhu dalam oC Hambatan dalam mW1. 50 22. 200 33. 475 5Buat grafik untuk data di atas. Apakah hantaran listriktembaga lebih baik pada hari yang dingin ataukah hari yangpanas? Bab 9 Rangkaian Listrik 185

1. Hambatan merupakan kecenderungan suatu benda untuk melawan aliran muatan listrik, mengubah energi listrik menjadi energi bentuk lain.2. Hukum Ohm menyatakan bahwa besar kuat arus dalam hambatan berbanding lurus dengan beda potensial dan berbanding terbalik dengan hambatan penghantar.3. Besar hambatan pada kawat penghantar berbanding lurus dengan panjangnyadan berbanding terbalik dengan luas penampangnya. Besar hambatan padakawat penghantar juga bergantung pada jenis kawat tersebut. Secara matematisdirumuskan: R = ρ l A4. Dalam rangkaian seri, arus hanya mempunyai satu jalan untuk lewat. Sedangkan dalam rangkaian paralel, terdapat beberapa jalan yang dapat dilewati arus.5. Dalam rangkaian seri kuat arus di mana-mana sama. Sedangkan dalam rangkaian paralel, kuat arus sebelum memasuki cabang sama dengan jumlah kuat arus pada tiap cabang.6. Dalam rangkaian seri beda potensial sumber sama dengan jumlah beda potensial pada masing-masing hambatan. Sedangkan dalam rangkaian paralel, beda potensial hambatan sama besar dengan beda potensial sumber.7. Hambatan pengganti pada rangkaian seri dapat ditemukan melalui hubungan: Rs = R1 + R2 + R3 + ... + Rn.8. Hambatan pengganti dalam rangkaian paralel dapat ditemukan melalui hubungan:1 = 1 + 1 + 1 + . . . 1Rp R1 R2 R3 Rn9. Sekering dan pemutus arus digunakan untuk mencegah terjadinya bahaya kebakaran akibat hubungan singkat dalam rangkaian listrik. 186 Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX

E valuasiA. Pengecekan KonsepPilih salah satu jawaban yang tepat. Tulis jawaban pada buku kerjamu.1. Hambatan pada kawat penghantar 5. Nilai hambatan pengganti pada menyebabkan energi listrik dapat rangkaian di bawah ini adalah .... diubah menjadi ... oleh penghantar itu. a. energi kimia c. energi panas 100 Ω b. energi nuklir d. energi bunyi 50 Ω2. Agar hambatan pada kawat peng- hantar bertambah besar, yang harus 100 Ω dilakukan adalah .... a. memotong kawat penghantar a. 25 ohm c. 150 ohm b. mengganti dengan kawat yang b. 100 ohm d. 250 ohm jenisnya sama, namun diameter- nya lebih besar 6. Perhatikan gambar rangkaian berikut. Besar kuat arus I2 adalah .... c. memberi beda potensial yang besar pada kawat tersebut I1 = 0,5 A d. mengganti dengan kawat yang I= 2 A sama, namun lebih panjang I23. Berikut ini merupakan persamaan- a. 0,5 A c. 2 A persamaan yang menyatakan hukum b. 1,5 A d. 2,5 A Ohm, kecuali .... 7. Kuat arus yang paling besar daria. V = I R c. R = V I kombinasi di bawah ini adalah .... a. tegangan 3 V dan hambatan 15 Wb. I = V d. R= V b. tegangan 4,5 V dan hambatan 30 W R I c. tegangan 6 V dan hambatan 40 W d. tegangan 4,5 V dan hambatan 30 W4. Dalam sebuah rangkaian listrik, jika kawat penghantarnya makin panjang 8. Pada sebuah penghantar yang me- maka nilai kuat arusnya makin kecil. Hal ini menunjukkan .... miliki hambatan 120 ohm terdapat a. nilai hambatannya makin kecil beda potensial 60 V. Arus yangb. nilai hambatannya makin besar mengalir melalui penghantar ituc. energi listriknya makin besar adalah ....d. beda potensialnya makin kecil a. 7.200 A c. 2 A b. 60 A d. 0,5 A Bab 9 Rangkaian Listrik 187

9. Hambatan kawat dapat diukur secara 10. Perhatikan gambar di bawah ini. langsung menggunakan .... a. ohmmeter IA RA b. voltmeter c. multimeter I = 1,5 A IB RB d. amperemeter IC RC ID RD Jika IA = ID = 0,4 A dan IB = IC, maka IB sebesar .... a. 0,35 A c. 0,7 A b. 0,4 A d. 1,1 AB. Pemahaman KonsepTulis jawaban pertanyaan di bawah ini di buku kerjamu.1. Bagaimana hubungan antara hambatan, 4. Dua buah hambatan yang besarnya beda potensial, dan kuat arus dalam sama dirangkai seri dengan beda sebuah rangkaian? potensial tertentu. Arus yang mengalir diukur, besarnya I1. Selanjutnya2. Kamu memiliki dua logam yang jenis- hambatan tersebut dirangkai paralel nya sama.Apakah hambatan keduanya dengan beda potensial yang sama. juga mesti sama? Jelaskan mengapa Arus yang mengalir diukur, besarnya jawabanmu seperti itu. I2. Besar manakah harga I1 dengan I2? Jelaskan mengapa jawabanmu seperti itu.3. Sebuah mobil mainan berhambatan 2 ohm memerlukan arus 1,5 A. 5. Mengapa burung dapat bertengger Berapakah beda potensial yang dengan kedua kakinya pada kawat diperlukannya? bertegangan tinggi tanpa tersengat listrik? Apakah kamu kesulitan ketika belajar materi bab ini? Adakah materi yang belum kamu pahami? Materi mana yang sulit pemahamannya? Coba kamu tanyakan pada gurumu supaya kamu lebih mudah memahaminya.188 Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX

Bab DAYA DAN ENERGI LISTRIK 10(Sumber: Dok. Penerbit) 189 Di Indonesia, umumnya listrik yang kita gunakan dikelola oleh PLN. Tentu saja konsumen listrik harus membayar kepada PLN atas penggunaan energi listrik tersebut. Besar pembayaran ini tergantung pada energi listrik yang digunakan. Bagaimanakah cara mengukur energi listrik yang kamu gunakan? Setelah belajar bab ini kamu dapat meng- gambarkan hubungan energi dan daya listrik serta pemanfaatan- nya dalam kehidupan sehari-hari. Bab 10 Daya dan Energi Listrik

Peta Konsep Energi listrik dapat diubah menjadi bergantungWaktu Daya listrik Energi gerak Energi kimia bergantung Energi panas Energi cahayaBeda potensial Kuat arus listrik listrikKata-Kata Kunci Soal PrasyaratDaya listrik ☺ Apakah satuan daya listrik dalam SI?Energi listrik ☺ Energi listrik dapat diubah menjadi energi bentuk lain. Sebutkan contoh benda di sekitarmu yang mengalami perubahan energi listrik menjadi energi gerak; energi listrik berubah menjadi energi panas; dan energi listrik berubah menjadi energi cahaya.190 Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX

A. Daya Listrik Apa yang terbayang di benakmu ketika kamu mendengaristilah daya? Kamu telah mempelajari pengertian daya dikelas VII, bahwa daya adalah laju dilakukannya usaha. Jikasemakin cepat usaha dikerjakan suatu gaya, maka semakinbesar dayanya. Dalam SI daya diukur dalam satuan watt (W). Berbagai peralatan listrik mengubah energi listrikmenjadi energi bentuk lain. Cepatnya pengubahan energi inibergantung pada daya listrik peralatan itu.Semakin cepatperalatan itu mengubah energi listrik menjadi energi bentuklain, semakin besar dayanya. Sebaliknya semakin lambatperalatan itu mengubah energi listrik menjadi energi bentuklain, semakin kecil dayanya. Contoh, lampu yang berdaya 40 Wlebih terang daripada lampu berdaya 5 W, jika dipasang padategangan yang sesuai.Bagaimana kamu dapat Tabel 10.1 Daya berbagai peralatanmengetahui daya berbagai listrik.peralatan listrik? Salah satu Nama peralatan Daya (watt)caranya dengan melihatlabel yang tertera pada per- Kulkas 600alatan listrik tersebut. Setiap Oven 2600peralatan listrik umumnya Seterika 300dilengkapi dengan label. TV warna 300Label tersebut memuat beda Tape recorder 100potensial yang diperlukan, Jam 3serta daya yang dihasilkan. (Sumber: Physics for You. Johnson, Keith)Peralatan listrik yang berbeda juga menghasilkan daya yangberbeda-beda pula, seperti dapat kamu amati dalam Tabel 10.1. Daya listrik yang dihasilkan oleh berbagai peralatan listrikdapat pula kita ketahui dengan mengalikan beda potensialdengan kuat arus yang melalui peralatan itu. Persamaannyadapat ditulis sebagai berikut.P=V×Idengan P = daya ............................................... watt (W) V = beda potensial ............................... volt (V) I = kuat arus ....................................... ampere (A) Bab 10 Daya dan Energi Listrik 191

Selain diukur dalam satuan watt, daya dapat pula diukur dalam satuan kilowatt (kW). Satu kW sama dengan 1.000 W. Sebuah kalkulator memerlukan beda potensial 3 V. Ternyata timbul kuat arus 0,02 A. Berapa daya kalkulator tersebut? Diketahui : beda potensial, V = 3 V kuat arus, I = 0,02 A Ditanya : daya listrik, P? Jawab P = V×I = 3 V × 0,02 A = 0,06 VA = 0,06 W Jadi, daya kalkulator tersebut sebesar 0,06 W. 1 Tulis jawaban pada buku kerjamu. 1. Apa yang dimaksud dengan daya listrik? 2. Pak Nurman membeli lampu dengan daya 25 watt. Berapa daya lampu yang dibeli Pak Nurman dalam satuan kilowatt. 3. Sebuah lampu yang dipasang pada beda potensial 220V, ternyata kuat arusnya 50 mA. Berapakah daya lampu itu? 4. Perhatikan gambar di samping. Penanak nasi listrik tersebut (Sumber: Dok. Penerbit) mempunyai daya 375 watt dan pemanasnya 50 watt. Jika penanak nasi tersebut dipasang pada beda potensial 220 V, maka berapa mA arus listrik yang mengalir pada penanak nasi tersebut.192 Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX